Pez ciego de las cavernas arroja luz sobre la evolución de los mamíferos

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pez cavernario somalí

Los primeros mamíferos se escondieron de los dinosaurios en la oscuridad, cambiando su ADN para siempre

Al igual que los mamíferos, esas criaturas cavernarias han descartado un sistema solar que repara el ADN dañado por los rayos UV

Pálido, apergaminado y ciego, el pez de las cavernas somalí vive una tranquila vida en las aguas más oscuras del mundo. Con su enfermiza palidez y sin ojos con que ver, estos peces no parecen tener mucho en común con los mamíferos, pero hay mucho más en el humilde pez de las cavernas de que lo que se ve a simple vista.

Los científicos informaron el jueves en la revista Current Biology que los peces de las cavernas podrían arrojar algo de muy necesaria luz sobre un misterioso capítulo de la evolución de los mamíferos: la pérdida de la reparación del ADN con energía solar. La mayoría de los organismos tienen mecanismos para reparar sus propias moléculas de ADN activadas por la luz solar, pero los mamíferos perdieron el rasgo en algún lugar a lo largo del camino, al igual que el pez cueva somalí.

Como un manual de instrucciones para la vida, el ADN es un bien precioso. El daño sostenido a este código vital contribuye tanto al envejecimiento como a una mayor susceptibilidad al cáncer. Desafortunadamente, el proceso de copiar y leer el ADN puede estar plagado de errores, y el entorno que nos rodea está lleno de peligros, desde químicos dañinos hasta rayos de luz ultravioleta capaces de alterar secuencias genéticas.

Pero gracias a un conjunto de máquinas celulares capaces de reparar el ADN comprometido, la mayoría de estos contratiempos genéticos se rectifican sin consecuencias. Entre estas capacidades de reparación cruciales se encuentra el sistema de fotorreactivación, que utiliza una enzima que funciona con energía solar llamada fotoliasa para corregir errores en el ADN causados por la exposición a la radiación UV. Este inteligente mecanismo de defensa significa que el mismo peligro que daña el ADN, la luz solar, también activa un sistema de reparación para el código genético.

Si bien la fotorreactivación está muy extendida en el árbol de la vida, está completamente ausente en los mamíferos. Y durante mucho tiempo, pensamos que estábamos solos. Pero los científicos comenzaron a descubrir un puñado de especies de hongos y nematodos (y algunas poblaciones selectas de crustáceos unidos a cuevas) que también habían perdido su capacidad de reparación de ADN con energía solar. La última incorporación al grupo de morenas oscuras, el pez cavernario somalí, podría ser el primer vertebrado no mamífero que haya experimentado un paso similar en la historia evolutiva.

“[La fotorreactivación] es un sistema que está muy conservado, desde bacterias hasta plantas y muchos animales”, dice Nicholas Foulkes, biólogo del Instituto de Tecnológico de Karlsruhe en Alemania. "Cuando ves la pérdida de la función, es profunda".

ojos de gato en la oscuridad

Entonces, ¿cómo podría un pez de las cavernas parecerse a un mamífero? Resulta que la respuesta nos mantiene literalmente en la oscuridad. Nuestros antepasados mamíferos disfrutaron de un estilo de vida muy nocturno, dice el biólogo evolutivo Roi Maor del University College London. Hace cientos de millones de años, nuestros antepasados animales de sangre caliente pueden haberse escondido durante el día para evitar ser comidos por dinosaurios amantes del sol.

Esta naturaleza nocturna puede haber activado en nuestra evolución un principio de "usarlo o perderlo". Rasgos más soleados (como la fotorreactivación por energía solar) podrían haber sido descartados debido a unos 100 millones de años de desuso, dice Maor. Estas pérdidas genéticas persistieron en los tiempos modernos, incluso después que los mamíferos comenzaran a aventurarse a la luz del día.

El grupo de investigación de Foulkes, incluido el autor principal del nuevo estudio Haiyu Zhao, se propuso estudiar la reparación del ADN en otros animales nocturnos para obtener más información sobre la pérdida de los mecanismos de fotorreactivación. El pez de las cavernas somalí (Phreatichthys andruzzii), con su aversión a la luz del sol, fue una criatura perfecta para examinar.

Primero, sin embargo, los investigadores necesitaban un punto de comparación. Para esto, eligieron otro pez de agua dulce: el pez cebra, una criatura bien estudiada en muchos laboratorios biológicos. Como la mayoría de los otros animales, los genomas del pez cebra codifican el sistema de fotorreactivación habilitado para la luz solar, lo que les permite sobrevivir a la exposición a altas dosis de radiación UV en ambientes bien iluminados. Pero el pez cebra confinado a una oscuridad total es más sensible a las repercusiones del daño en el ADN.

Por otro lado, cuando los investigadores llevaron a cabo estos mismos experimentos con peces de las cavernas somalíes, los peces eran hipersensibles a los rayos UV. En la naturaleza, la especie vive completamente aislada de la luz solar, y exponer a los peces a condiciones que imitan a la luz solar no los ayudó a sobrevivir a la radiación UV.

Al profundizar en los genomas de los peces, los investigadores descubrieron que el pez cebra fabrica tres fotoliasas restauradoras que se activan en presencia de la luz solar, mientras que el pez caverna somalí codifica solo un sistema roto. Tras un examen más detenido, los investigadores pudieron determinar las diferencias en la forma en que el pez cebra y el pez de las cavernas controlaban la expresión de la fotoliasa.

pez cavernario somalí

En presencia de luz, una "clave" molecular en las células del pez cebra se guía a un "bloqueo" genético, que se libera para activar los mecanismos de reparación del ADN. El pez de las cavernas, por extraño que parezca, parecía tener mechones intactos, listos para desatar la expresión de la fotoliasa, pero las claves parecen haberse perdido en el tiempo. El equipo de Foulkes está buscando actualmente claves dañadas o faltantes en el genoma del pez de las cavernas.

"Es como si la evolución estuviera atrapada en el acto", dice Foulkes. "Se puede ver el proceso por el cual se está perdiendo el sistema de reparación".

Pueblan la Tierra más de 200 especies de peces cavernarios, pero este espécimen somalí es el primero que se informa que ha perdido el sistema de fotorreactivación. Sin embargo, incluso entre los peces cavernarios, P. andruzzii es un extremista, ya que ha pasado del sol los últimos 3 millones o más. En la oscuridad eterna de las cavernas submarinas, lo mejor para este nadador es conservar energía para el largo camino por delante, según Foulkes, estos peces pueden vivir más de cincuenta años, lo que significa deshacerse de cualquier equipaje genético innecesario.

Si bien los mamíferos no comparten los estilos de vida de los peces cavernarios, estas pérdidas genéticas pueden revelar las oscuras trayectorias evolutivas que comparten las especies divergentes. En lugar de desarrollar un rasgo útil bajo la presión ambiental, las criaturas parecen haber abandonado un sistema que ya no era útil, dice Silvia Fuselli, una experta en peces cavernarios de la Universidad de Ferrara en Italia.

"Quizás estos peces estén reproduciendo algo que sucedió en nuestros antepasados hace millones de años", dice Foulkes.

Dado que algunas especies que se esconden del sol probablemente aún eviten exitosamente el descubrimiento humano en las cuevas cavernosas de la Tierra y en las trincheras de las profundidades marinas, es probable que no hayamos encontrado la última de las criaturas que se han desprendido de la fotorreactivación. "Aparece en estos peces, en hongos, en [crustáceos] ... va a ser algo que la gente encuentre constantemente", dice David Carlini, biólogo de la Universidad Americana que estudia crustáceos de agua dulce que viven en cuevas.

Y por lo que sabemos, P. andruzzii sigue siendo bastante singular entre la mayoría de sus hermanos que aborrecen la luz. Hasta que puedan estudiarse más especies que prefieren la oscuridad, el pez cavernario somalí puede ser la luz de guía para resolver el misterio de cómo perdimos los mamíferos nuestra capacidad de curarnos del sol.

Artículo científico: Modulation of DNA Repair Systems in Blind Cavefish during Evolution in Constant Darkness

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